Природні джерела вуглеводнів

(нафта, супутний нафтовий газ, природний газ вугілля, гарючі сланці)

Нафта – суміш насичених та ненасичених вуглеводів. Представляє собою темну оліїсту рідину із специфічним запахом. Легша за воду і нерозчинна в ній. Не має певної температури кипіння густина = 0.82 – 095 г/мл

Переробка нафти – первинна та вторинна

Первинна (перегонка) – нафту можно розділити на окремі суміші із близькими температурами кипіння – фракції.

Вторинна (крекінг та риформінг)

Крекінг – один із найважливіших нафтопереробних процесів. Полягає в нагріванні високотемпературних фракцій при якому вуглеводні розкладаються з розривом і перебудовою карбонових ланцюгів у молекулах. Існує термічний і каталітичний крекінг.

Термічний крекінг – процес, під час якого молекули вищих алканів розщеплюються на молекули алканів та алкенів з меншою довжиною карбонових ланцюгів.

С₁₆Н₃₄ ^t,p C₈H₁₈ + C₈H₁₆

Каталітичний крекінг – поряд з розкладом молекул вуглеводнів відбувається ізомеризація продуктів реакцій. У результаті утворюються переважно вуглеводні розгалуженої будови, а також циклічні і ароматичні.

С₈Н₁₈ ^t,p C₆H₁₄ + C₂H₄

Риформінг – процес, який здійснюють у широкому інтервалі температур і тисків за участю каталізатора, під час якого відбувається різноманітні перетворення вуглеводнів: ізомеризація, алкілування, циклізація, ароматизація.

CH₃

CH₃-CH₂-CH₂-CH₂-CH₃ ^{t, AlCl3} CH₃-CH₂-CH₃

CH₃

Супутний нафтовий газ – суміш газуватих вуглеводнів, які містяться у нафтових родовищах. За якісним складом нагадує природний, але метану в ньому менше. Добувають: метан, етан, пропан, бутан, газовий бензин.

Природний газ – складається в основному з метану, містить такі домішкі, як етан, азот, вуглекислий газ, сірководень. Не має запаху, горючий, а його суміш з повітрям вибухонебезпечна.

Вугілля – тверда горюча копалина, яка утворилася багато мільйонів років тому в надрах планети, в результаті тривалого розкладу величезних рослинних мас. Це суміш багатьох органічних речовин з високим вмістом карбону і деяких неорганічних сполук. Існує 3 види вугілля: антрацит, кам’яне, буре. Існує 3 способи хімічної переробки вігулля: коксування, газифікація та гідрування.

Коксування – розклад вугілля при високій температурі за відсутності повітря. Під час усього процесу утворюється кокс, коксовий газ, кам’яновугільна смола, надсмольна вода.

Кокс – пориста речовина темносірого кольору, шо містить 96-98% карбону, а також О і Н.

Коксовий газ – водень, метан, чадний газ, азот, аміак, пари бензину. Пропускаючи коксовий газ крізь розчин сульфатної кислоти із нього вилучають аміак, який взаємодіє з кислотою з утворення амоній сульфату (NH₄)₂SO₄

4NH₃ + 5O₂ ^Pt 4NO + 6H₂O

2NO + 2O₂ 2NO₂ добування HNO₃ з аміаку

4NO₂ + O₂ +2H₂O 4HNO₃

NH₃ + HNO₃ (NH₄)NO₃ аміачна сілітра

HNO₃ + KOH KNO₃ + H₂O

Надсмольна вода містить розчинені гази – вуглекислий газ, сірководень, хлороводень, ціановодень, солі амонію, аміак.

Камяновугільна смола – густа чорна рідина із специфічним запахом.

Газифікація - перетворення вугілля на горючі гази.

2С + O₂ 2CO; C + H₂O CO + H₂; C + 2H₂ CH₄

C + O₂ CO₂; CO + H₂O CO₂ + H₂; CO + 3H₂ CH₄ + H₂O

C + CO₂ 2CO

nCO + (2n+1)H₂ ^{t, p, k} CuH_2n+2 + nH₂O

Гідрування – перетворення вугілля на рідки та газуваті вуглеводні під дією водню.

 

 

Тема 4. Спирти і феноли

Спирти

Спирти – це органічні сполуки, до складу яких входить одна або кілька гідроксильних груп –ОН, сполучених з вуглеводневим радикалом.

Лекція 1.

Насичені одноатомні

Загальна формула:

С_nH_2n+1OH

Гомологічний ряд:

Ізомерія:

1) За радикалом

2) За гідроксогрупою

Розрізняють первинні, вторинні та третинні спирти.

Будова:

Sp³-гібридизація

α у Карбону = 109^о28^/

α у Оксигену = 104^о5^/

Оскільки атом оксисену гідроксильної групи більш електронегативний, ніж атоми Карбону і Гідрогену, то в зв’язках С-О, О-Н електронна густина від атомів Гідрогену і Карбону змішується до атома Оксигену. Внаслідок цього на атомі Оксигену виникає частковий негативний заряд δ^-. А на атомах Гідрогену і Карбону – δ⁺.

Н₃С^δ+ -> О^δ- <- Н^δ+

Отже зв’язки С-О і О-Н у молекулах спиртів є полярними.

Фізичні властивості:

Одноатомні спирти – безбарвні рідини з характерним запахом. Вищі спирти – тверді речовини без запаху. Температури кипіння значно вищі ніж у відповідних алканів. Це пояснюється наявністю у спиртах сильно полімерних зв’язків О^δ- <- Н^δ+

Водневий зв’язок – зв’язок, що утворюється між атомами Гідрогену, сполученим з електронегативним елементом однієї молекули речовини, і атомом електронегативного елемента іншої молекули речовини.

Хімічні властивості

1. Кислотні властивості спиртів

Спирти проявляють дуже слабкі кислотні властивості - реагують з лужними або лужноземельними металами з утворенням алкоголятів

2СH₃CH₂OH + 2Na → 2СH₃CH₂ONa + H₂­

алкоголяти легко гідролізуються

СH₃CH₂ONa + H₂O → СH₃CH₂OH + NaOH

2. Реакції з галогеноводнями (HCl, HBr)

R–OH + HCl R–Cl + H₂O

3. Реакції дегідратації

• внутрішньомолекулярна дегідратація (t>140^oC, H₂SO₄(k))

CH₃-CH₂-OH → CH₂=CH₂ + H₂O

• міжмолекулярна дегідратація (t<140^oC, H₂SO₄(k))

2CH₃-CH₂-OH → CH₃-CH₂-О-CH₂-CH₃

4. Реакції окислення

CuO, t

• первинні спирти окислюються найбільш легко - спочатку до альдегідів, а потім до карбонових кислот:

Ag2O/NH2

*ці окисники можна замінити на K₂Cr₂O₇, H⁺

• вторинні спирти окислюються до кетонів

• третинні спирти стійкі до дії звичайних окислювачів

5. Реакція горіння спиртів

С₂H₅ОH + 7/2O₂ → 2СO₂ + 3H₂O

6. Реакція етерифікації, у присутності каталізатора - сульфатної кислоти:

Добування:

1) Приєднання води до алкенів (гідратація):

або
2) Із галогенопохідних:

або

3) Каталітичний синтез метанолу з карбон(ІІ) оксиду і Гідрогену за температури близько , тиску 7 МПа, каталізатор — суміш цинк оксиду і купрум(II) оксиду:

4) Етанол утворюється в результаті бродіння глюкози:

Застосування:

Етанол застосовують для добування синтетичного каучуку, пластмас, різних органічних речовин: діетилового естеру, барвників, оцтової кислоти. Його використовують як розчинник для виготовлення парфумів, одеколонів, ліків, лаків і т. д. Етанол у суміші з бензином можна використовувати як пальне для двигунів внутрішнього згоряння.
Метанол застосовують як розчинник або сировину для одержання формальдегіду, деяких барвників, фотореактивів, фармацевтичних препаратів. 

Фізіологічна дія на організм людини:

Метиловий спирт дуже отруйна речовина, діюча на нервову і судинну системи людини. При попаданні в організм людини 10 мл метанолу може призвести до важкого отруєння, до сліпоти. А попадання 25-30 мл метанолу призводить до смертельного випадку.

При вживанні в середину спирт етиловий швидко всмоктується в основному у тонкому кишечнику - 80%, і 20% у шлунку. Найшвидше всмоктування в ШКТ відбувається натще, сповільнюється при наявності жирів та вуглеводів,які гальмують цей процес.

Стадія збудження являється результатом пригнічення гальмівних механізмів мозку - вона виражена і продовжена в порівнянні з засобами для наркозу

Лекція 2.

Багатоатомні спирти

Найпростішим двохатомним спиртом є етиленгліколь НО-СН₂-СН₂-ОН, трьохатомним – гліцерин НО-СН₂-СНОН-СН₂-ОН.

Етиленгліколь:

Фізичні властивості

Безбарвна в’язка рідина без запаху, солодка на смак, важча за воду, добре в ній розчинна. Є токсичною речовиною, температура кипіння 198^ОС.

Хімічні властивості

Етиленгліколь вступає у всі реакції, що є характерними для одноатомних спиртів, але є і особливості пов'язані з наявністю двох гідроксогруп.

1. реакція з лужними металами дає два ряди гліколятів

OH-CH₂-CH₂-OH + Na → OH-CH₂-CH₂-ONa + 1/2H₂;

OH-CH₂-CH₂-OH + 2Na → Na-CH₂-CH₂-ONa + H₂

2. при взаємодії з галогеноводневими кислотами (HCl або HBr) легко заміщується лише одна гідроксогрупа

OH-CH₂-CH₂-OH + HCl → Cl-CH₂-CH₂-OH + H₂O

3. на відміну від одноатомних спиртів, характерною особливістю етиленгліколю є реакція взаємодії з гідроксидом Купруму, в результаті якої утворюється розчинний комплекс яскраво-синього забарвлення

Добування

• отримання з етилену

CH₂=CH₂ + Cl₂ → Cl-CH₂-CH₂-Cl

Cl-CH₂-CH₂-Cl + H₂O → OH-CH₂-CH₂-OH

• отримання за реакцією Вагнера

Застосування:

Завдяки своїй дешевизні етиленгліколь знайшов широке застосування в техніці.

§ Як компонент автомобільних антифризів і гальмівних рідин, що становить 60% його споживання. Суміш 60% етиленгліколю і 40% води замерзає при −45 ° С. Корозійно активний, тому застосовується з інгібіторами корозії;

§ Як теплоносій у вигляді розчину в автомобілях, в системах рідинного охолодження комп'ютерів;

§ У виробництві целофану, поліуретанів і ряду інших полімерів. Це друге основне застосування;

§ Як розчинник фарбувальних речовин;

§ У органічному синтезі

Гліцерін

Фізичні властивості:

Безбарвна рідина без запаху з солодким смаком. Неотруйний. Температура кипіння 290^оС.

Хімічні властивості:

Гліцерин за своїми властивостями більш подібний до етиленгліколю, ніж до одноатомних спиртів. Так, гліцерин дає три ряди гліцератів і три ряди похідних при взаємодії з галогеноводнями. Як і етиленгліколь, гліцерин при взаємодії з гідроксидом Купруму утворює з комплекс яскраво-синього забарвлення.

1. реакція гліцерину з гідроксидом Купруму(ІІ) (якісна реакція)

2. .

 

Добування

1. З пропілену через наступні стадії:

CH₃-CH=CH₂ + Cl₂ ^hV CH₂Cl-CH=CH₂;

CH₂Cl-CH=CH₂ + Cl₂ → CH₂Cl-CHCl-CH₂Cl;

CH₂Cl-CHCl-CH₂Cl + 3NaOH→ CH₂OH-CHOH-CH₂OH + 3NaCl.

(водний розчин)

2. Гідроліз жирів

Застосування:

Гліцерин використовується в парфумерії та фармації як зм'якшувальний засіб або основа мазей, добавка до масла, у харчовій промисловості — як добавка до напоїв. У шкіряному виробництві та текстильній промисловості — для обробки пряжі і шкіри з метою їх пом'якшення та надання еластичності. З гліцерину добувають вибухову речовину тринітрогліцерин, що використовується для виготовлення динаміту. Спиртовий розчин тринітрогліцерину має судинорозширювальну дію й у вигляді ліків використовується при серцевих захворюваннях.

Лекція 3.

Феноли

Визначення:

Феноли — органічні речовини, до складу яких входить одна або декілька гідроксогруп, що зв'язані з ароматичним ядром.

Будова:

Взаємний вплив атомів у молекулі має електронну природу. У наслідок спряження неподілених електронів атома Оксигену з електронною системою бензенового ядра зв'язок О—Н послаблюється, атом Гідрогену набуває більшої рухливості, ніж у спиртах. У свою чергу, підвищується електронна густина в орто- і пара-положеннях бензенового ядра:

Фізичні властивості:

Фенол – тверда кристалічна безбарвна речовина із специфічним запахом. Помірно розчиняється у холодній воді, а з гарячою змішується, утворюючи розчин. Отруйна речовина. t_{плавління}=41^оС, t_кип=182^оС.

Хімічні властивості:

У зв'язку з наявністю в молекулі функціональної гідроксильної групи та бензенового ядра фенол виявляє властивості, подібні до бензену та спиртів.

1. Кислотні властивості фенолів

 

2. Реакції заміщення

Реакції заміщення протікають значно легше, ніж у випадку бензену, оскільки гідроксогрупа суттєво активує бензольне ядро.

• реакція нітрування

 

 

• реакції галогенування (-Cl, -Br)

*Якісна реакція: білий осад

• реакція сульфування

Н NaOH

3. Утворення простих ефірів

4. Утворення складних ефірів

NaOH

5. Заміщення гідроксогрупи на галоген (протікає значно гірше, ніж у випадку спиртів)

-РОCl3

6. Відщеплення гідроксогрупи

-ZnO

7. Реакція поліконденсації з формальдегідом (отримання фенолформальдегідних смол)

 

 

8. Горіння

Фенол повністю окиснюється до вуглекислого газу і води.

C₆H₅OH + 4O₂ = 3CO₂ + 3H₂O;

9. Якісна реакція на фенол

Взаємодія з розчином FeCl₃ з утворенням сполуки фіолетового кольору:

3С₆H₅OH+FeCl₃→(C₆H₅O)₃Fe+3HCl;

Добування

1. З кам'яновугільної смоли

2. Отримання з бензену і пропену (купольний спосіб)

3. Переробка бензену за такою схемою:

+Сl₂/Al H₂O

HClp=200 атм.

 

 

Застосування:

Виробництво бісфенолу А, який, в свою чергу, використовується для виробництва полікарбона і епоксидних смол; виробництво фенолформальдегідних смол; гідруванням перетворюється на циклогексанол, використовуваний для отримання штучних волокон - нейлону і капрону;
виробництво антиоксидантів (ионол) неіоногенних ПАР поліоксіетильовану алкилфенолов інших фенолів (крезолів) лікарських препаратів (аспірин), антисептиків (ксероформу) і пестицидів. Розчин 1,4% фенолу застосовується в медицині (Орасепт) як знеболюючий і антисептичний засіб.
Фенол і його похідні обумовлюють консервуючі властивості коптильного диму. Також фенол використовують як консервант у вакцинах. Приклад використання, як антисептик - препарат "Орасепт".

 

Лекція 4.

Бензиловий спирт

Фізичні властивості:

Безбарвна рідина зі слабким приємним запахом; tкип 205,8 ° C; щільність 1045,5 кг / м ³ (1,0455 г / см ³) при 20 ° C. Бензиловий спирт добре розчинний в органічних розчинниках і рідких SO ₂ і NH ₃, в 100 г води розчиняється 4 г бензилового спирту.

Хімічні властивості:

1. Взаємодія з лужними і лужноземельними металами:

2C₆H₅CH₂OH + 2Na → 2C₆H₅CH₂ONa + H₂↑ утворюється бензалат натрію

2. Взаємодія з треххлорістий фосфором:

3C ₆H₅CH₂OH + PCl₃ → 3C₆H₅CH₂Сl + H₃PO ₃ утворюється бензил хлорид

3. Взаємодія з оцтовим ангідридом:

2C₆H₅CH₂OH + H₃CC (O)-O-(O) C-CH₃ → 2C₆H₅CH₂O-(O)C-CH₃ + H₂O

утворюється бензиловий ефір оцтової кислоти (бензілацетат)

Добування:

1. Омилення бензілхлоріда в основному в присутності лугу:

C₆H₅CH₂Cl + H₂O → C₆H₅CH₂OH + HCl

2. Дією лугу на суміш бензойного альдегіду і формальдегіду:

C₆H₅CHO + HCHO → C₆H₅CH₂OH + HCOOH

 

Застосування:

Бензиловий спирт застосовують у парфумерії, а також як розчинник лаків. Також застосовується для знезараження масляних розчинів препаратів длявнутрішньом'язового введення в фармакології.
Зареєстровано в якості харчової добавки E1519.